CAN网络底层的重要知识点介绍-电子发烧友网

CAN总线早期主要应用于汽车、工业控制领域，随着CAN总线技术的不断成熟，已不再局限于汽车行业，现在已经普遍应用于航天、医疗、机器人等各行各业。

偶尔会有读者问：

CAN总线难吗？

CAN和串口有什么区别？

有CAN总线的学习资料吗？

今天就来讲述一下CAN网络底层的几个重要知识点：CAN总线波特率、位时序、帧类型。

CAN总线波特率

CAN总线属于异步通信，因此就有通信波特率，而这个波特率发生器就位于CAN控制器内部。我们不需要了解它是如何产生的，但需要了解它的含义。这章节针对初学者讲述以下两点内容。

CAN控制器在CAN网络中所处的位置如下图：

1.异步通信在串行通信中，主要分异步通信和同步通信。同步通信：通信设备之间通过同步信号（CLK时钟）来实现数据传输的通信叫同步通信。如I2C、SPI这类通信中都具有一个时钟信号，其实在STM32中USART也具有同步功能，只是我们大多数人都只用了它的异步功能。异步通信：简单来说，就是通信设备之间通过约定一样的时间来收发数据。而这个时间就会决定本节说的波特率。 2.波特率很多工程师一直都没彻底搞明白什么是波特率，我这里还是结合UART波特率来简述一下其含义。在电子通信领域，波特（Baud）即调制速率，指的是有效数据信号调制载波的速率，即单位时间内载波调制状态变化的次数。它是对符号传输速率的一种度量，1波特即指每秒传输1个符号。 UART每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位（1个起始位，1个停止位，8个数据位），这时的波特率为240Bd，比特率为10位*240个/秒=2400bps。从上面的描述可以总结：比特率：即单位时间内传送的二进制位数；波特率：即单位时间内传输的符号个数；只有在每个符号只代表一个比特信息的情况下，波特率与比特率才在数值上相等，但是它们的意义并不相同。

位时序

上一章节讲述了波特率，而决定波特率大小的就是本节说的位时序。在CAN标准中一个位可分为4段：

同步段（SS）

传播时间段（PTS）

相位缓冲段1（PBS1）

相位缓冲段2（PBS2）

这些段又由可称为 Time Quantum（简称Tq）的最小时间单位构成。 1位分为4个段，每个段又由若干个Tq构成，这称为位时序。而在STM32参考手册中，将位时序分为三段，但它将它传播段和位段1合并在一起了，如下图：

1位由多少个Tq构成、每个段又由多少个Tq构成等，可任意设定位时序。通过设定位时序，决定传输的波特率：

这几个参数会在以后编程中进行配置，从而决定通信的波特率。关于同步，还有硬件同步、再同步等操作。但初学者可以不必过多理解，掌握上面基础内容就行了。更多关于位时序的内容可以参看 ISO 11898 标准。

帧类型及格式说明

CAN总线是通过以下5种类型的帧进行通信：

数据帧：用于发送单元向接收单元传送数据的帧。

遥控帧：用于接收单元向具有相同 ID 的发送单元请求数据的帧。

错误帧：用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧。

过载帧：用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧。

帧间隔：用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧。

数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。标准格式有11个位的标识符ID，扩展格式有29个位的ID。

1.数据帧

如上图，数据帧由7个段构成：

(1) 帧起始

表示数据帧开始的段。

(2) 仲裁段

表示该帧优先级的段。

(3) 控制段

表示数据的字节数及保留位的段。

(4) 数据段

数据的内容，可发送 0～8 个字节的数据。

(5) CRC 段

检查帧的传输错误的段。

(6) ACK 段

表示确认正常接收的段。

(7) 帧结束

表示数据帧结束的段。

理解数据帧的含义，请从认真理解它的定义：用于发送单元向接收单元传送数据的帧。一般的CAN总线通信，总线上通信绝大部分时候都是数据帧。像在CANOpen协议中，用的最多的PDO过程数据对象就是通过数据帧进行的通信。初学者可以先理解数据帧，然后其他就容易理解了。下面再来讲述一下数据帧7段的详情。

帧起始

标准和扩展格式相同。表示帧开始的段，1个位的显性位（如下图）：

关于显性和隐性电平，请参看我上一篇文章差分信号章节。总线上的电平有显性电平和隐性电平两种。总线上执行逻辑上的线“与”时，显性电平的逻辑值为“0”，隐性电平为“1”。 “显性”具有“优先”的意味，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平。并且，“隐性”具有“包容”的意味，只有所有的单元都输出隐性电平，总线上才为隐性电平。（显性电平比隐性电平更强）

仲裁段

标准格式和扩展格式在此的构成有所不同。仲裁段表示该帧优先级的段，扩展格式多了18位ID（如下图）：